Corinne Bérat,
Emmanuelle Vernay,
mai 2010

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L’échelle des grandeurs présente les images (photos, vues d’artiste) de 20 objets. Le but est d’associer une taille en mètres (ordre de grandeur) à chacun des objets représentés. L’échelle horizontale comporte donc 20 graduations en puissances de 10, l’unité étant le mètre.

Vers les échelles microscopiques

A l’échelle du mètre

100 m : un mètre (1 m)

HRP-2 est un robot humanoïde japonais, qui mesure 1,54 m. Il a été développé par l'Intelligent Systems Research Institute appartenant à l'AIST (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology). Une plateforme de développement complète (HRP-2 Numéro 14) basée sur ce robot est installée à Toulouse, dans la partie française du laboratoire Franco-Japonais "Joint Robotics Laboratory", sur le site du LAAS (Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes) du CNRS, depuis le 30 juin 2006.

10-2 m : centième de mètre ou centimètre (1 cm)

Morceaux de sucre

Le domino de sucre est une spécificité française, principalement consommé dans l'Hexagone. C'est une technique de moulage par compression qui a permis au morceau de sucre de voir le jour en 1949. Blanc ou roux, le sucre moulé en morceaux est obtenu par réhumidification, compression et moulage d’un sucre cristallisé issu soit de le betterave, soit de la canne à sucre. Les dominos n° 4 ont comme dimensions 1,14 cm x 1,8 cm x 2,8 cm

10-3 m : millième de mètre ou millimètre (1 mm)
Fourmis

Suivant l’espèce à laquelle elle appartient, la fourmi  a une taille qui peut aller de 1 à 3 millimètres pour les plus petites, comme les fourmis d’Argentine, jusqu’à 30 mm pour l’espèce la plus grande, qu’on peut trouver au Brésil.

10-4 m : dix millièmes de mètre ou dixième de millimètre (0,1 mm)
Acariens

On trouve différentes sortes d’acariens, de différentes tailles. L’acarien des lits, connu sous le nom Dermatophagoides pteronyssimus et qui partage parfois vos nuits, a un corps de 0,4 mm de long à l'âge adulte.

10-5 m : cent millièmes de mètre ou centième de millimètre, ou dizaine de microns (µm)
Cellules

La taille des cellules est très variable, de l'ordre de grandeur de 20 µm pour les cellules animales et 100 µm pour les cellules végétales.

10-8 m : dix milliardièmes de mètre ou dix nanomètres (10 nm)
Nano-voiture

Dans le nanomonde, les objets sont mesurés en nanomètres. Un nanomètre est un milliardième de mètre. La socièté Draper Fisher Jurvetson a permis la réalisation d’une nano-voiture qui fonctionne réellement, de 13 nm de long.

10-9 m : milliardième de mètre ou nanomètre (1 nm)
Molécules d’ADN

L’ADN (Acide DésoxyriboNucléique) est une molécule support de l'information génétique héréditaire. L'ADN forme des pelotes microscopiques. Déroulées, les molécules d'ADN s'étirent en un très long fil, constitué par un enchaînement (séquence) précis d'unités élémentaires. La structure originale de l'ADN est formée de deux brins complémentaires enroulés en hélice. Le diamètre de la molécule d'ADN est de 2 nm.

10-10 m : dixième de milliardième de mètre, ou dixième de millionième de millimètre, ou dixième de nanomètre (0,1 nm)
Atomes

Un atome est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec un autre. Un atome est constitué d'un noyau concentrant plus de 99,9 % de sa masse, autour duquel se distribuent des électrons pour former un nuage 40 000 fois plus étendu que le noyau lui-même. La taille de l’atome est de l’ordre de 0,1nm.

10-15 m : millionième de milliardième de mètre ou femtomètre (1 fm)
Noyaux d’atomes

Les noyaux d’atomes sont constitués de protons chargés positivement, et de neutrons électriquement neutres. Le nombre de protons définit l’élément chimique. Le nombre de neutrons est voisin du nombre de protons mais peut varier dans ce qu’on appelle les isotopes d’un élément. Le noyau est cent mille fois plus petit que l'atome lui-même ! Sa taille est de l’ordre de 1 fm

10-18 m : milliardième de milliardième de mètre ou millième de femtomètre (0,001 fm)
Quarks

Les quarks sont les constituants élémentaires de la matière. Un quark est théoriquement une particule ponctuelle, elle ne doit donc pas avoir de taille... Mais  si les quarks ont une taille, elle est inférieure à 10-18 m, soit au moins mille fois plus petite que celle du proton !

Vers les échelles macroscopiques

104 m : dizaine de milliers de mètres ou dizaine de kilomètres (10 km)

Cordillière royale

Les plus hauts sommets du monde sont à plus de 8000 m, soit 8 km, proche de la dizaine de kilomètres. La Cordillère Royale (160 km de long) se situe à l’est du lac Titicaca et occupe une position centrale dans la Cordillère Orientale bolivienne. Le plus haut sommet de la Terre est l’Everest (8 848 m au-dessus du niveau de la mer), tandis que l’endroit le plus profond est la fosse des Mariannes (10 911 m sous le niveau de la mer).

107 m : dizaine de millions de mètres ou dizaine de milliers de kilomètres  (104 km)

Diamètre de la terre

La forme de la Terre est modélisée par un ellipsoïde, une forme ronde légèrement aplatie aux pôles, et plus précisément par le géoïde. Le diamètre approximatif de référence est de 12 742 km, soit plus de 12 millions de mètres (1,2 107).

108 m : centaine de millions de mètres ou centaine de milliers de kilomètres (105 km)

Diamètre de Jupiter

La planète Jupiter est la cinquième planète à partir du soleil et c'est la plus volumineuse du système solaire, son diamètre est de 142 984 km, ou 142 millions de mètres (142 106 m) plus de 11 fois le diamètre de la Terre.

109 m : milliard de mètres ou million de kilomètres  (106 km)

Diamètre de Soleil

Le Soleil est l’étoile centrale du système solaire. C'est une étoile de type naine jaune, composée d'hydrogène (74 % de la masse) et d’hélium (24 % de la masse). Son diamètre est de 1 392 000 km, ou encore 1,392 milliards de mètres (1,392 109 m) soit 109 fois le diamètre de la Terre.

1026m : centaine de millions de milliards de milliards de mètres ou centaine de milliers de milliards de milliards de kilomètres

Superamas arc du lynx

Un mystérieux arc de lumière trouvé derrière un amas éloigné de galaxies s'est avéré être la région d'étoiles en formation la plus grande, la plus brillante et la plus chaude jamais vue dans l'espace.
L'arc du Lynx contient un million d'étoiles bleues-blanches avec des températures superficielles pouvant atteindre jusqu'à 80 000°C.
Le méga-amas d'étoiles apparaît comme un arc rouge derrière un amas de galaxies situé à environ 5,4 milliards d'années-lumière dans la constellation du Lynx. L'arc du Lynx est situé à environ 12 milliards d'années-lumière de la  Terre, loin au-delà du groupe de galaxies.

1011 m : centaine de milliards de mètres ou centaine de millions de kilomètres (100 . 106 km)

Distance Terre-Soleil

L’orbite de la terre n’est pas circulaire, mais elliptique. La distance la plus grande entre la terre et le soleil est de 149 597 870 km, soit plus de 149 milliards de mètres (1,49 1011). Cette distance est par définition l’Unité Astronomique : 1U.A = 149 597 870 km.
La lumière du soleil met 8 minutes pour arriver jusqu’à la terre.

1013 m : dizaine de milliers de milliards de mètres ou dizaine de milliards de kilomètres (10. 109 km)

Taille du système solaire

La distance moyenne entre le Soleil et Pluton est de 6 milliards de kilomètres, soit 6 mille milliards de mètres (0,6 1013 m). Pluton, corps céleste découvert en 1930 a été considéré comme la neuvième planète du système solaire jusqu’en 2006, où il a été relégué au rang de planète naine, par l’UAI (Union Astronomique Internationale).

1021m : mille milliards de milliards de mètres ou milliard de milliards de kilomètres

Le diamètre de la Voie Lactée

Le diamètre de notre galaxie est de 100 000 années-lumière, soit 100 000  fois 9,461×1015 m, environ  105 x 10 . 1015 (= 1021 m).

1022m : dix mille milliards de milliards de mètres ou dix milliards de milliards de kilomètres

Distance de la Galaxie d’Andromède (Groupe local)

Le Groupe Local comprend la Voie Lactée et deux autres grandes galaxies spirales, dont la galaxie d’Andromède, ainsi que des douzaines de galaxies naines. La galaxie d’Andromède, autrefois nommée (grande) nébuleuse d'Andromède, très semblable à notre galaxie, est située dans la direction de la constellation d’Andromède à une distance de 2,9 millions d’années-lumière de la Terre soit à environ 3 1022 m. La taille du Groupe Local est d'environ 6 à 8 millions d'années lumière.

Légendes des illustrations, références, sources et crédits

1 Robot humanoïde HRP-2

http://www2.cnrs.fr/presse/communique/885.htm?debut=48&theme1=4

2 Morceaux de sucres 
http://www.labetterave.com
http://www.lesucre.com

3 Fourmi noire
http://www.edunet.ch/activite/arche/fourmifranchises/

http://www.cnrs.fr/Cnrspresse/Archives/n358a1.htm

4 Acarien des lits Dermatophagoides pteronyssimus femelle adulte, vu au microscope
http://www.afblum.be/bioafb/acariens/acariens.htm

5 Cellule humaine (HeLa) en mitose : des régulateurs importants de la division cellulaire sont localisés aux deux pôles (en rouge) du fuseau mitotique (en vert), structure dynamique et régulée qui assure la répartition équitable des chromosomes (en bleu) dans les cellules issues de la mitose.
© CNRS Photothèque / DUCOMMUN, Bernard
http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelavieaulycee/cellule/mitose.htm

6 Nano-voiture
http://www.dfj.com/nanocar/nanoimages.html

7 Emboîtement de deux hélices d'ADN en interaction.
© CNRS Photothèque
http://www.cnrs.fr/cnrs-images/sciencesdelavieaulycee/cellule/adn.htm

8 Représentation schématique d’un atome
http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=2345

9 Noyau atomique d'un isotope du lithium. La forme naturelle la plus répandue du lithium possède 3 protons et 4 neutrons. On voit ici le noyau anormalement grand, observé pour l'isotope de lithium 11 (3 protons et 8 neutrons) qui est dû à une structure baptisée "halo de neutrons" : deux des neutrons forment un halo relativement éloigné du centre du noyau.
© CNRS Photothèque
http://www.cnrs.fr/cnrs-images/physiqueaulycee/inoyau.html

10 Représentation de la « mer » de particules à l'intérieur d'un proton (image disponible à la photothèque du CNRS). © JLab
http://ipnweb.in2p3.fr/~g0/marchand/Communique_cnrs.htm

11 Glacier du Zongo (Bolivie), dans la Cordillière Royale (© clichés B. Pouyaud et V. Favier)

http://www-lgge.ujf-grenoble.fr/ServiceObs/SiteWebAndes/

12 La Terre vue d’Appolo 17. La Bille bleue (The Blue Marble) est une photographie célèbre de la  Terre prise le 7 décembre 1972 l'équipage d’Appolo 17 à une distance d'environ 45 000 km.
http://commons.wikimedia.org/wiki/Template:Potd/2006-08#20

13 Jupiter : Région de la Grande Tache rouge de Jupiter.
http://www.cosmovisions.com/Jupiter.htm

14 Image du Soleil prise avec l'instrument EIT (Extreme-Ultraviolet Imaging Telescope) à bord du satellite SOHO de l'ESA-NASA. On peut voir en bas à gauche une protubérance solaire.

© EIT-SOHO. ESA. NASA.
http://www.insu.cnrs.fr/image1387l

15 Terre-atmosphere Lever de soleil - NASA, Ciel et Espace
www.cieletespacephotos.fr

16 Les 8 planètes du ssytème solaire, et pluton, sur l’orbite la plus éloignée
http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/pluton-rejete-du-club-tres-ferme-des-planetes-du-systeme-solaire_9518/

17 Voie Lactée, Hemisphere Nord , B.&S. FLETCHER/Ciel et Espace
http://www.cieletespacephotos.fr/main.php/v/Portfolios/Fletcher/028-00210-02high.JPG.html

18 La galaxie d’Andromède
http://messier.obspm.fr/f/m031.html

19 Amas de la Vierge, photo NASA/ESA
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Virgo_cluster.jpg

20 Vue d’artiste de l’Arc du Lynx

Date: 30 Oct 2003
Satellite: Hubble
Titre original : Artist's impression of the Lynx Arc
Copyright: European Space Agency, NASA and Robert A.E. Fosbury (European Space Agency/Space Telescope-European Coordinating Facility, Germany)

http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=34109

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Les puissances de dix (voir également le site du microcosm, au CERN)

C'est un raccourci d’écriture utilisé pour les très grands ou très petits nombres. Par exemple :

1. •105 : lire "dix puissance cinq"
   105 = 100000 ; c'est 1,0 après avoir déplacé la virgule de 5 rangs vers la droite
   

2. •10-5 : lire "dix puissance moins cinq"
   10-5 = 0,00001 ; c'est 1 divisé par 105, soit 1/100000 ; c'est 1,0 après avoir déplacé la virgule de 6 rangs vers la gauche: 0,000001
   

L’utilisation de préfixes simplifie la manipulation des mesures qui ont des rapports élevés d'unité (par exemple, de 0,1 cm à 1 000 m). Ces préfixes renvoient à des multiples et des fractions de 10 ou de 1 000.